2024–2025学年高一化学必修第一册同步学与练（人教版）第23课 原子结构（解析版）

第23课原子结构目录01学习目标目录01学习目标02预习导学自主梳理预习检测03探究提升环节一原子结构模型的演变环节二原子的核外电子排布04课堂总结05强化训练01学习目标1．知道原子的构成，了解质量数概念及其与质子数和中子数之间的关系。2．知道核外电子能量高低与电子分层排布的关系。3．能够根据核外电子排布规律写出常见1～20号元素原子及离子的结构示意图。4．通过阅读“科学史话”，了解“原子结构模型的演变”，增强科学探究精神和社会责任感。002预习导学自主梳理一、原子的构成1．构成原子的微粒（1）原子是由居于原子中心的带正电的_________和核外带负电的________构成的。原子核由______和______构成。（2）核电荷数＝________＝核外电子数(原子呈电中性)。2．质量数（1）概念：将核内所有______和______的相对质量取____________相加，所得的数值叫做质量数。（2）构成原子的粒子间的两个关系①质量数(A)＝________＋________。②质子数＝核电荷数＝____________。二、原子核外电子排布1．电子层（1）概念：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量_________的区域内运动。我们把不同的区域简化为____________，也称作电子层。（2）不同电子层的表示及能量关系电子层数1234567字母代号________________OPQ离核远近由____到____能量高低由____到____2．核外电子排布规律（1）电子一般总是先从______排起，当一层充满后再填充下一层。（2）原子核外各电子层最多容纳______个电子。（3）原子最外层电子数不能超过_____(K层为最外层时不能超过___)，次外层电子数不能超过18，倒数第三层电子数不能超过32。（4）次外层最多能容纳的电子数不超过18个。一、1．（1）原子核核外电子质子中子（2）质子数2．（1）质子中子近似整数值（2）质子数(Z)中子数(N)核外电子数二、1．（1）不同不连续的壳层（2）K、L、M、N、近远低高2．（1）内层（2）2n2（3）82预习检测1．2022年江苏省徐州市第七中学期中）在原子结构研究的历史中，提出“葡萄干面包式”原子结构模型的是A．卢瑟福 B．道尔顿 C．玻尔 D．汤姆生【答案】D【解析】A项，1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出带核的原子结构模型；B项，英国科学家道尔顿十九世纪初提出近代原子学说，为科学的发展做出了突出的贡献；C项，1913年玻尔研究氢原子光谱，引入了量子理论观点，提出电子分层排布模型；D项，1904年汤姆生提出的葡萄干面包原子模型；答案选D项。2．（2023年辽宁大连高一检测）原子的质量主要由原子核决定。已知质量数为A的某阳离子Rn＋，核外有X个电子，则核内中子数为A．A－X B．A－X－nC．A－X＋n D．A＋X－n【答案】B【解析】Rn＋核外有X个电子，故R原子内质子数为X＋n，故R核内中子数为A－X－n，故选B项。3．（2022年广西省钦州市期末）某元素原子的核外电子中，L层电子一定比K层电子A．数目少 B．数目多 C．能量低 D．能量高【答案】D【解析】A项，L层电子数目可以是8，K层电子数目为2，错误；B项，L层电子数目可以是1，K层电子数目为2，错误；C项，离核越近能量越低，离核越远能量越高，错误；D项，离核越近能量越低，离核越远能量越高，正确。4．（2022年福建省福州市福清高中联合体期中）下列表示金属元素原子结构示意图的是A． B． C． D． 【答案】B【解析】A项，是氧离子，不符合题意；B项，是镁原子，符合题意；C项，是氦元素，不符合题意；D项，是钙离子，不符合题意。4．（2022年北京西域期末）钛(Ti)被称为未来钢铁，我国钛的储量居世界首位。下列关于eq\o(\s\up5(48),\s\do2(22))Ti的说法不正确的是A．质子数为22 B．质量数为26C．中子数为26 D．核外电子数为22【答案】B【解析】eq\o(\s\up5(48),\s\do2(22))Ti的质子数为22，质量数为48，故中子数＝质量数－质子数＝48－22＝26。A项，eq\o(\s\up5(48),\s\do2(22))Ti的质子数为22，正确；B项，eq\o(\s\up5(48),\s\do2(22))Ti的质量数为48，错误；C项，eq\o(\s\up5(48),\s\do2(22))Ti的中子数＝质量数－质子数＝48－22＝26，正确；D项，核外电子数＝质子数＝22，正确。5．（2022年广西桂林期末）核素15N常用作生物医药示踪剂。下列关于15N的说法不正确的是A．质子数是7 B．电子数是8C．中子数是8 D．质量数是15【答案】B【解析】A项，氮的核电荷数为7，对于原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数，因此质子数为7，正确；B项，对于原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数，因此氮的电子数为7，错误；C项，中子数＝质量数－质子数，因此氮的中子数＝15－7＝8，正确；D项，15N的质量数为15，正确。6．（2023年四川成都高一检测）粒子结构示意图是表示原子核电荷数和电子层排布的图示形式。根据粒子结构示意图：，，，下列判断正确的是A．它们都带有电荷 B．它们原子的核外电子数相同C．它们都具有稳定结构 D．它们表示同一种元素【答案】C【解析】A项，分析比较三种粒子结构示意图可知，的核内质子数等于核外电子数，表示氖原子，错误；B项，三粒子的原子核内质子数不同，它们原子的核外电子数也不相同，错误；C项，它们的最外层电子数都是8个，所以它们都具有稳定结构，正确；D项，三粒子的原子核内质子数不同，所以它们的元素种类不同，错误。►环节一原子结构模型的演变情境材料焊接钢管无损检测——射线检测焊接钢管无损检测——射线检测射线检测是最早的一种无损检测的方法，被广泛用于金属和非金属材料及制品的内部缺陷检验，至少有50多年的历史。其有无可比拟的独特优越性，即检验缺陷的正确性、可靠性和直观性，且得到的射线底片可用于缺陷的分析和作为质量凭证存档。工业焊接钢管常用eq\o(\s\up5(137),\s\do2(55))Cs进行“无损探伤”。问题探究下列有关eq\o(\s\up5(137),\s\do2(55))Cs说法正确的是A．137表示质子数B．137表示中子数C．该原子质子数大于中子数D．该原子的K、L层共容纳了10个电子【答案】D【解析】】左上角的数字为质量数，137表示质量数，A和B两选项均错误；eq\o\al(137,55)Cs质子数为55，中子数＝质量数－质子数＝137－55＝82，82＞55，质子数小于中子数，C项错误；K层2个电子，L层8个电子共容纳了10个电子，D项正确。要点归纳一、原子的构成质量数1．构成原子的微粒原子是由原子核和核外电子构成的，而原子核是由质子和中子构成的。2．质量数3．有关粒子间的关系质量关系质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)原子的相对原子质量近似等于质量数电性关系电中性微粒(原子或分子)核内质子数＝核外电子数带电离子质子数≠电子数，具体如下表阳离子(Rm＋)质子数＞电子数质子数＝电子数＋m阴离子(Rm－)质子数＜电子数质子数＝电子数－m数量关系核电荷数＝质子数＝核外电子数(原子)1．符号eq\o\al(A,Z)eq\o(X,\s\up6(±c))eq\o\al(m±,n)中各个字母的含义2．组成原子、离子的各种微粒及相互关系3．并不是所有的原子都是由质子、中子和电子构成，如eq\o\al(1,1)H原子核内无中子。4．在原子中，质子数一定等于核外电子数，但不一定等于中子数。如eq\o(\s\up5(35),\s\do2(17))Cl中的质子数为17，中子数为18。典例精讲【例1】（2022年新疆吐鲁番市期末）中国科学家首次实现了两个异核原子(1个eq\o(\s\up5(85),\s\do2(37))Rb原子和1个eq\o(\s\up5(87),\s\do2(37))Rb原子)的量子受控非门和量子纠缠，下列有关eq\o(\s\up5(87),\s\do2(37))Rb的说法正确的是A．质子数为87 B．核外电子数为37C．中子数为37 D．质量数为50【答案】B【解析】原子符号中左上角为质量数，左下角为质子数，原子中质子数＝核电荷数＝核外电子数，质量数＝质子数＋中子数，据此分析判断。eq\o(\s\up5(87),\s\do2(37))Rb原子中质子数＝核电荷数＝37，质量数＝87，中子数＝87－37＝50，只有B项正确。【例2】（2022年甘肃省张掖市期末）核内中子数为N的R2＋，质量数为A，则agR2＋中含有的电子数物质的量为A．EQ\f(a,A)(A－N)molmol B．EQ\f(a,A)(A－N＋2)molC．EQ\f(a,A－2)(A－N－2) D．EQ\f(a,A)(A－N－2)mol【答案】D【解析】1个R2＋中含有的电子数为A－N－2，agR2＋的物质的量为EQ\f(ag,Ag·mol－1)＝EQ\f(a,A)mol，故agR2＋中含有的电子数物质的量为EQ\f(a,A)(A－N－2)mol，故选D项。【例3】（2023年山东济南高一检测）A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是(a－b)，L层电子数是(a＋b)，则A、B两元素形成化合物的化学式最可能表示为A．B3A2 B．BA2 C．A3B2 D．AB2【答案】B【解析】因为B的L层电子数为(a＋b)且有M层，所以a＋b＝8，又因A原子最外层电子数为a，次外层电子数为b，且满足a＋b＝8，所以A原子有两个电子层，且K层为2个电子，L层为6个电子，所以a＝6，b＝2。进而推知B的各电子层上的电子数分别为2、8、4。即A为O，B为Si。A、B两元素形成化合物的化学式最可能为SiO2；B项符合题意。►环节二原子的核外电子排布情境材料玻尔电子分层排布理论玻尔电子分层排布理论玻尔理论是1913年丹麦物理学家玻尔结合普朗克的量子概念、爱因斯坦的光子概念和卢瑟福的原子模型而提出的原子结构理论。爱因斯坦称玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。科学家根据大量的光谱实验数据总结了电子在核外的排布规律，中学阶段我们用如图表示电子层模型示意图：问题探究1．同一原子M层上的电子数一定比L层上的电子数多吗？2．核电荷数1～18的元素，每层电子数都满足2n2个电子的元素有几种？3．某元素原子核外有三个电子层，M层电子数为L层电子数的EQ\f(1,2)，画出该原子的结构示意图。1．不一定。。当M为最外层时，可能的电子数为1～8，而此时L层的电子数为8。2．2种。满足条件的元素为He和Ne2种元素。3．要点归纳二、原子的核外电子排布1．排布规律一低电子总是尽量先排在能量最低的电子层里，再排能量较高的电子层里四不超各电子层最多容纳的电子数为2n2最外层电子数最多为8个(n＝1时，最多容纳2个电子)次外层电子数最多为18个倒数第三层电子数最多为32个2．核外电子排布的表示方法——结构示意图（1）原子结构示意图①用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核和核电荷数。如钠的原子结构示意图：②用弧线表示电子层。③弧线上的数字表示该电子层上的电子数。④原子结构示意图中，核内质子数＝核外电子数。（2）离子结构示意图①金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层。如Mgeq\o(→,\s\up7(－2e－))Mg2＋②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，电子层数不变。如Feq\o(→,\s\up7(＋e－))F－3．1～18号元素原子结构的特殊关系特殊关系对应元素最外层电子数等于次外层电子数的一半Li、Si最外层电子数等于次外层电子数Be、Ar最外层电子数等于次外层电子数的2倍C最外层电子数等于次外层电子数的3倍O最外层电子数等于次外层电子数的4倍Ne最外层电子数等于电子层数H、Be、Al最外层有1个电子H、Li、Na最外层有2个电子He、Be、Mg①核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，如当M层不是最外层时，最多可排18个电子，而当它是最外层时，最多排8个电子。②核外电子排布的规律是互相联系的，不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制，其原子结构示意图为而不是。三、常见的等电子粒子1．常见的“10电子”粒子分子离子一核10电子NeN3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋二核10电子HFOH－三核10电子H2ONHeq\o\al(－,2)四核10电子NH3H3O＋五核10电子CH4NHeq\o\al(＋,4)2．常见的“18电子”粒子分子阳离子阴离子Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4K＋、Ca2＋P3－、S2－、HS－、Cl－典例精讲【例4】（2022年河北省唐山市遵化市期中）下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是A．Mg2＋ B．Na＋ C．AI3＋ D．K＋【答案】A【解析】A项，Mg2＋带2个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数相等，正确；B项，Na＋带1个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误；C项，AI3＋带3个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误；D项，K＋带1个单位的正电荷，核外电子数18，有3个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误。【例5】下列微粒结构示意图错误的是A．（2022年江苏省宿迁市沭阳县期中）Cl－的结构示意图：eq\a\vs4\al()B．（2022年江苏省扬州市邗江区期中）钠离子的结构示意图：C．（2022年河北省廊坊市期末）S2－的结构示意图：D．（2022年贵州省贵阳市期末）镁离子的结构示意图：【答案】D【解析】A项，Cl－核外有18个电子，结构示意图为eq\a\vs4\al()，正确；B项，钠离子失去了一个电子，核外有10个电子，结构示意图为，正确；C项，S2－的核内有16个质子，核外有18个电子，核外电子分层排布，其结构示意图为，正确；镁离子的结构示意图：，错误。【例6】（2022年山西省太原市期末）在以下分子中，含10个电子的分子是A．H2O B．HClC．C2H2 D．CO【答案】A【解析】A项，H2O为含10个电子的分子，符合题意；B项，HCl为含18个电子的分子，不符合题意；C项，C2H2为含14个电子的分子，不符合题意；D项，CO为含14个电子的分子，不符合题意。004课堂总结原子结构三关系原子核外电子排布规律00503强化训练1．（2022年江苏省扬州市扬州中学期中）下图为原子结构模型的演变图，(1)为道尔顿实心球式原子模型(2)为卢瑟福带核原子模型(3)为汤姆生葡萄干面包式模型(4)为近代量子力学原子模型(5)为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是A．(1)(3)(2)(5)(4) B．(1)(5)(3)(4)(2)C．(4)(5)(3)(2)(1) D．(1)(3)(5)(4)(2)【答案】A【解析】根据化学史分析：19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型，1911年英国物理学家卢瑟福（汤姆生的学生）提出了带核的原子结构模型，1913年丹麦物理学家波尔（卢瑟福的学生）引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，奥地利物理学家薛定谔提出电子云模型（几率说），为近代量子力学原子模型。根据化学史时间顺序分析，顺序为：(1)(3)(2)(5)(4)，故答案为A项。2．（2023年河南省洛阳市期末）考古学常用eq\o(\s\up5(14),\s\do2(6))C来确定文物的历史年代，eq\o(\s\up5(14),\s\do2(6))C原子核内中子数是A．6 B．8 C．14 D．20【答案】B【解析】eq\o(\s\up5(14),\s\do2(6))C表示质子数为6，质量数为14的碳原子，质量数＝质子数＋中子数，所以其中子数为14－6＝8。故选B项。3．（2022年北京朝阳）美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室在2006年10月16日宣布，该实验室科学家与俄罗斯科学家合作，利用俄方的回旋加速器设备，成功合成了118号超重元素eq\o(\s\up5(297),\s\do2(118))Og，并观察到其存在了不到1毫秒时间。该元素原子的核内中子数与核外电子数之差是A．118 B．297 C．61 D．179【答案】C【解析】原子符号左上角的数字为质量数，左下角的数字为质子数，则eq\o(\s\up5(297),\s\do2(118))Og的中子数＝质量数－质子数＝297－118＝179，核外电子数＝质子数＝118，故该元素原子的核内中子数与核外电子数之差为179－118＝61，C项正确。4．（2023年北京市延庆区期末）硒(Se)被称为长寿元素、抗癌之王，在机体中充当抗氧化剂。下列关于eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se的说法不正确的是A．质子数为34 B．质量数为43C．中子数为43 D．核外电子数为34【答案】B【解析】eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se元素符号的左上角数字代表质量数，左下角数字代表质子数，质量数＝中子数＋质子数；对于原子来说，原子序数＝质子数＝核电荷数＝核外电子数，据此回答。A项，由上述分析可知，eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se质子数为34，正确；B项，eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se质量数为77，错误；C项，eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se中子数为77－34＝43，正确；D项，eq\o(\s\up5(77),\s\do2(34))Se核外电子数为34，正确。5．（2022年北京市顺义区期末）某粒子的结构示意图为，关于该粒子的说法不正确的是A．核外电子数为18 B．核外有3个电子层C．属于带负电荷的粒子 D．在化学反应中易得电子【答案】D【解析】中核电荷数为16，核外电子层数为3，核外电子总数为18，说明该粒子为硫离子，然后根据硫的结构与性质进行判断。A项，核外电子数为18，正确；B项，核外有3个电子层，正确；C项，属于带2个单位负电荷的粒子，正确；D项，S2－在化学反应中易失电子，错误。6．（2021年福建省福州高级中学高一期中）下列说法正确的是A．某单核微粒的核外电子排布如图所示，则该微粒一定是氩原子B．最外层只有1个电子的元素一定是金属元素C．NHeq\o\al(＋,4)与H3O＋具有相同的质子数和电子数D．最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的原子容易失去电子成为阳离子【答案】C【解析】A项，该微粒不一定是氩原子，如x＝17时为氯离子，x＝19时为钾离子，错误；B项，H原子的最外层只有1个电子，但H元素不是金属元素，错误；C项，NHeq\o\al(＋,4)与H3O＋所含质子数均为11，电子数均为10，正确；D项，最外层电子数是次外层电子数2倍的元素为C元素，C原子既不容易失电子也不容易得电子，错误。7．下列说法中正确的是A．某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子B．最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子C．F－、Na＋、Al3＋是与氖原子具有相同电子层结构的离子D．某元素原子的最外层只有2个电子，则该元素一定是金属元素【答案】C【解析】A项，某微粒核外电子排布为2、8、8结构，不一定是氩原子，可能是氯离子、钾离子等，错误；B项，最外层电子达到稳定结构的微粒不一定是稀有气体的原子，也可能是处于稳定结构的阴离子或阳离子，错误；C项，F－、Na＋、Al3＋都有2个电子层，第一层上有2个电子，第二层上有8个电子，与氖原子电子层结构相同，正确；D项，原子的最外层只有2个电子，该元素不一定是金属元素，也可能是He，错误。8．（2022年甘肃省张掖市期末）核电荷数1～18元素中，a元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；b元素原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍；c元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半；d元素原子最外层有1个电子，d的阳离子与b的阴离子电子层结构相同，则四种元素的核电荷数关系中正确的是A．c＞d＞b＞a B．d＞b＞a＞c C．a＞d＞c＞b D．b＞a>c＞d【答案】A【解析】核电荷数1～18元素中，a元素原